В качестве газообразных агентов при бурении скважин используют воздух от компрессорных установок, природный газ из магистральных га­зопроводов или близлежащих газовых скважин, выхлопные газы двигате­лей внутреннего сгорания (ДВС). Хотя вид агента не оказывает значитель­ного влияния на технологический процесс бурения, тем не менее при вы­боре газообразного агента необходимо учитывать не только экономиче­скую сторону, но и безопасность проведения буровых работ.

Как в СНГ, так и за его рубежами наибольшее распространение полу­чили бурение скважин и вскрытие продуктивного пласта по схеме прямой циркуляции с использованием сжатого воздуха или газа.

При использовании природного газа от действующей скважины или магистрального газопровода на нагнетательной линии к буровой установке располагают редукционный клапан, регулирующий расход. Далее на линии устанавливают спускные краны и влагоотделители. Газ, выходящий из скважины, сжигают с помощью факела на конце выкидной линии (длиной не менее 80—100 м). Если газ используют вторично (при замкнутой систе­ме циркуляции), то его предварительно очищают от шлама и влаги в сепа­раторах, трапах и фильтрах, а затем подают в компрессор. Такая схема хо­тя и громоздка, но более экономична, так как способствует снижению сум­марного расхода газа на бурение.

Аналогичная схема используется и при бурении с продувкой воз­духом.

Наиболее распространенный и эффективный способ преодоления не­больших и средних притоков пластовой воды — применение пенообра-зующих ПАВ. Предельное значение притока пластовых вод для бурения с очисткой забоя воздухом с добавкой ПАВ составляет около 120 л/ч. При притоках воды в указанном выше количестве использование ПАВ предот­вращает образование шламовых пробок и уменьшает возможность возник­новения осложнений.

Таблица  7.9

Оптимальная концентрация пенообразующих ПАВ в зависимости от минерализации пластовой воды

 

	Оптимальная	Характеристика пластовой воды
	концентрация			Отношение
	ПАВ, % к объе-			допустимой
ПАВ	му воды (в пе-	Химический	Степень	концентрации
	ресчете на	тип	минерализации	шлама к объе-
	активное			му воды
	вещество)
Сульфонол НП-1	0,23	Гидрокарбонат-	Пресные    и    слабоми-	1:2-1:1
		но-кальциевые,	нерализованные   (р    =
		сульфатные и	=    1,0015  ã/ñì3,   æåñò-
		хлоридные	кость и 0,09 моль/кг)
«Прогресс»	0,1	То же	То же	1:2-1:1
ÎÏ-10	0,1	«	«	4:1-1:1
ÎÏ-7	0,1	«	«	4:1-1:1
КАУФЭ-14	0,12	«	«	1:2
Азолят А	0,1	«	«	1:2
«Прогресс»	0,2	Сульфатно-	Среднеминерализован-	1:2
		натриевые	ные     и     минерализо-
			ванные  (ρ   =   1,0015  ÷
			+1,0283 г/см3, жесткость
			0,09-1,43 ìîëü/êã)
ÎÏ-10	0,2	Тоже	То же	4:1-1:1
ÎÏ-7	0,2	«	«	4:1-1:1
Сульфонол НП-1	0,42	«	«	1:2
«Прогресс»	1-1,2	«	Рассолы (ρ = 1,19 ã/ñì3)	1:2

Примечание. Рабочая температура 20 — 50 °С.

Некоторые из ПАВ, рекомендованные научно-исследовательскими ин­ститутами для бурения с использованием газообразных агентов, приведены в òàáë. 7.9.

Пена представляет собой агрегативно-неустойчивую дисперсную сис­тему, состоящую из пузырьков газа (дисперсная фаза), разделенных плен­ками жидкости или твердого вещества (дисперсионная среда). Более широ­ко на практике применяют пены с жидкой дисперсионной средой.

Пены могут эффективно использоваться при бурении скважин в твер­дых породах (известняках, доломитах), многолетнемерзлых породах, порис­тых поглощающих горизонтах, при вскрытии продуктивных пластов, ос­воении и капитальном ремонте скважин, если пластовое давление состав­ляет 0,3 — 0,8 гидростатического.

Для получения устойчивой пены в жидкой фазе кроме растворителя должен находиться хотя бы один поверхностно-активный компонент, ад­сорбирующийся на межфазной поверхности раствор — воздух.

Для повышения стабильности пен в них добавляют реагенты-стабилизаторы (КМЦ, ПАА, ПВС), увеличивающие вязкость растворителя и способствующие замедлению процесса истечения жидкости из пленок.

Из неорганических анионов в наибольшей степени способствуют це­нообразованию фосфаты. Влияние катионов существенно меньше.

Для получения устойчивой пены состав (в г/л) пенообразующего рас­твора должен быть следующим.

Пенообразующее ПАВ (в зависимости от молекулярной массы)……………..      0,5 — 5

Ïîëèìåð-ñòàáèëèçàòîð ïåíû (ÊÌÖ, ÏÀÀ, ÏÂÑ)………………………………………………….      0,2 — 0,75

Электролиты (òðèíàòðèéôîñôàò, NaCl)………………………………………………………..      0,1—0,5

Вода………………………………………………………………………………………………………………….      Îñòàëüíîå

В состав менее устойчивых пен вводят 0,5—10 г/л пенообразующего ПАВ, остальное вода.

Всесторонне пенную систему можно охарактеризовать следующими основными свойствами:

1) пенообразующей способностью (вспениваемостью)  — объемом пе­
ны (в мл) или высотой ее столба (в мм), который образуется из постоянно­
го объема раствора при соблюдении определенных условий в течение дан­
ного времени;

2)      кратностью пены р — отношением объема пены Vn к объему рас­
твора Уж, который требуется для ее образования:

Р = Vï/Væ;

3)      стабильностью (устойчивостью) пены, временем существования оп­
ределенного объема пены;

4)      дисперсностью — средним размером пузырьков или распределени­
ем пузырьков по размерам;

5)      механическими свойствами  —  относительной плотностью, завися­
щей от соотношения жидкой и газовой фаз, которая может колебаться от
0,5 р (где р — плотность жидкости) до 0, и прочностью структуры (СНС).

Наиболее распространен в промышленности диспергационный способ получения пен, при котором пена образуется в результате интенсивного совместного диспергирования пенообразующего раствора и воздуха.

Технологически это осуществляется действием движущихся устройств (перемешивающих мешалок) на жидкость в атмосфере газа, эжектировани-ем воздуха движущейся струей раствора, пропусканием струи газа через слой жидкости (в барботажных или аэрационных установках).

При приготовлении и применении пен необходимо учитывать сле­дующие факторы:

1) мыла жирных кислот имеют максимальную пенообразующую спо­
собность при рН = 8+9;

2)       алкиларилсульфонаты обладают хорошей пенообразующей способ­
ностью при любых значениях рН, кроме рН > 12;

3)       пенообразующая способность ПАВ не изменяется при рН = 3+9;

4)       пенообразующая способность ПАВ увеличивается с повышением
температуры до 90 °С;

5)       чем меньше поверхностное натяжение, тем выше пенообразующая
способность;

6)         соли-жидкости подавляют пенообразование;

7)         полимерные реагенты-стабилизаторы повышают структурно-меха­
нические свойства пен.

Приготовленную пену нагнетают в скважину до полной очистки ее от глинистого раствора, воды и шлама.